不灭的火

问题1：[摘自async-book] 遇到阻塞的Future不需要依附一个线程来执行吗？

Rust 通过 async 标记的语法块会被转换成实现了Future特征的状态机。 与同步调用阻塞当前线程不同，当Future执行并遇到阻塞时，它会让出当前线程的控制权，这样其它的Future就可以在该线程中运行。。。。
我的问题是，难道 遇到阻塞的Future不需要依附一个线程来执行吗？

DeepSeek回答：

这是一个非常好的问题，它触及了 Rust 异步编程模型的核心。你的理解大部分是正确的，但需要更精确地澄清一下“依附线程”这个概念。

核心答案是：遇到阻塞的 Future 确实需要线程来执行，但关键点在于它“让出”了它当前正在使用的那个线程的执行权，而不是一直“霸占”着线程直到阻塞结束。

让我们来分解这个过程，看看它是如何工作的：

1. 执行器（Executor）与线程

首先，你需要一个运行时（Runtime），它通常包含一个执行器（Executor）。这个执行器拥有一个或多个线程（通常是一个线程池）。

• 你的 main 函数或 #[tokio::main] 宏会启动这个运行时。
• 执行器的工作就是在其线程上轮询（Poll） 你提交给它的 Future。

2. Future 的轮询（Polling）

• 执行器调用 Future 的 .poll() 方法。
• 如果 .poll() 方法返回 Poll::Ready(result)，表示这个 Future 已经完成，执行器就获取结果并处理下一个 Future。
• 如果 .poll() 方法返回 Poll::Pending，表示这个 Future 目前无法取得进展（例如，它在等待网络数据、定时器或一个锁）。

3. 关键：“让出”控制权

当 Future 返回 Poll::Pending 时，它同时会向执行器传递一个 Waker。

• Waker 是什么？ 它是一个轻量级的回调函数。当 Future 所等待的资源就绪时（例如，操作系统通知网络数据包已到达，或者定时器时间到了），可以通过调用 Waker.wake() 来通知执行器：“嘿，我之前阻塞的那个 Future 现在可能可以继续取得了进展了，请再来轮询我一次！”
• “让出”的含义： Future 通过返回 Poll::Pending，主动告诉执行器：“我现在没事可做了，你不用把宝贵的线程时间浪费在空等我上，去执行其他可以取得进展的 Future 吧。等我的事件就绪了，我会通过 Waker 通知你。”

整个流程的比喻：餐厅厨房

想象一个线程是一个厨师，执行器是厨师长，Future 是一道需要烹饪的菜（比如一道需要煮10分钟的汤）。

1. 开始烹饪（Polling）： 厨师长把“做汤”的任务交给厨师。厨师开始执行（.poll()）。
2. 遇到阻塞（Pending）： 厨师把汤放在火上煮，需要等待10分钟。他不会傻站在锅前盯着看（阻塞线程）。相反，他告诉厨师长：“这汤得等会儿，我先干点别的”（返回 Poll::Pending + Waker）。
3. 执行其他任务： 厨师长立刻让这个厨师去切菜、炒菜（执行其他就绪的 Future）。
4. 事件就绪（Waking）： 10分钟后，定时器响了（相当于操作系统事件）。这个响声会触发 Waker.wake() 通知厨师长：“汤的等待时间到了！”
5. 重新轮询： 厨师长收到通知，可能会安排任何一个空闲的厨师（不一定是原来那个）再次去检查那锅汤（再次调用 .poll()）。厨师检查后发现汤确实煮好了，于是出锅（返回 Poll::Ready(一碗汤)）。

总结与对比

所以，回到你的问题：

“难道遇到阻塞的Future不需要依附一个线程来执行吗？”

它需要线程来推动它（调用 .poll()），但它不独占一个线程。在它等待外部事件（阻塞）时，它主动解除了与当前线程的绑定，让线程能为其他 Future 服务。当事件就绪时，执行器会再找一个线程（可能是任何一个空闲线程）来继续推动它。这种“合作式”的多任务处理方式是异步编程高性能的基石。

问题2：方法阻塞并不代表停止执行了，，难道在阻塞期间，不要线程吗？

您这个问题问得非常好，直击了异步编程的核心概念！您说得对：“方法阻塞并不代表停止执行了”，但这里的关键在于谁在执行以及如何执行。

让我们来澄清这个重要的概念。

核心区别：两种“阻塞”

在计算机科学中，“阻塞”有两种完全不同的含义，而您的问题正好处于它们的交叉点：

1. 线程的阻塞（Thread Blocking）：这是操作系统级别的概念。当一个线程执行一个阻塞式系统调用（如read，accept，sleep）时，它会被操作系统从CPU上挂起，放入等待队列，直到它等待的事件发生（如数据到达）。在这个等待期间，该线程什么都不做，白白浪费了内存和调度资源。
   • 这就是同步编程的模式。
2. Future的“阻塞”/等待（Future Pending）：这是应用层/运行时级别的概念。当一个Async函数中的await点因为等待IO（如socket.read().await）而无法继续时，我们称之为“阻塞”。但这里的“阻塞”是打引号的。它的真实含义是：
   • Future的状态机运行到某一步，发现需要等待一个外部事件。
   • 于是它返回Poll::Pending，并交出一个Waker。
   • 此时，运行它的线程被立即释放，是完全自由的！ 它可以立刻掉头去执行其他Future的.poll()方法。

回答您的核心问题：“难道在阻塞运行时，不要线程吗？”

答案是：在“阻塞”等待时，Future不需要任何线程！

这正是异步编程魔力所在。它把“等待”这个工作外包给了操作系统内核，而不是让应用程序的线程亲自去等。

深入解析：等待期间到底发生了什么？

让我们以 tokio::net::TcpStream 的 read 方法为例：

1. 发起请求：当你调用 socket.read(&mut buf).await 时，底层的异步运行时（如Tokio）会向操作系统发起一个非阻塞的读取请求，并立即返回。
2. 遇到“阻塞”：如果Socket的接收缓冲区里没有数据，read操作无法立即完成。此时，Future的.poll()方法会返回Poll::Pending。
3. 注册唤醒器：在返回Pending的同时，Future会通过Waker向运行时注册一个回调：“当这个socket上有数据可读时，请通知我。”
4. 线程被释放：最关键的一步来了！ 执行器（Executor）看到Pending后，它不会让当前线程傻等。它会立刻把这个线程拉走，让它去执行队列里其他已经就绪（Ready）的Future。此时，这个被“阻塞”的Future不占用任何线程。
5. 外部事件就绪：网络数据包到达网卡，操作系统内核处理完后，会通知应用程序。Tokio这样的运行时会有一个独立的、专门的后台线程（或使用IO多路复用机制如epoll/kqueue/IOCP）来接收这些来自操作系统的批量事件通知。
6. 唤醒Future：运行时收到“socket X可读”的事件后，会找到之前注册的、与这个socket关联的Waker，然后调用waker.wake()。
7. 重新调度：wake()方法会将对应的Future标记为可再次轮询，并将其放回执行器的任务队列中。
8. 继续执行：某个空闲的线程会从队列中取到这个Future，再次调用它的.poll()方法。这次因为数据已经就绪，.poll()会成功返回Poll::Ready(bytes_read)，await点解除，程序继续向下执行。

比喻：餐厅外卖订单

• 同步阻塞（坏餐厅）：厨师（线程）接到一个做外卖的订单（任务）。他做完后，必须自己站在门口等骑手来取餐（线程阻塞）。在等的这10分钟里，他不能做其他菜，后厨效率极低。
• 异步非阻塞（好餐厅）：厨师做完外卖后，把餐放在出餐台，按一个铃（注册Waker），然后就回去做别的菜了（线程释放）。专门的前台（运行时的事件循环） 负责等骑手。骑手到了，前台按铃通知（Waker.wake()），任何一个空闲的厨师（线程）过来把餐递给骑手（Future继续执行）。

总结

所以，您的直觉是对的——“阻塞”不代表停止，它只是换了一种更高效的方式进行：将“等待”的成本从昂贵的应用程序线程转移到了高效的操作系统内核机制上。而Future在等待期间，就像一个被妥善保存的“存档点”，不消耗任何线程资源。